Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm ăn liền tại Việt Nam, đặc biệt là sản xuất mì gói, bún, miến và phở ăn liền, đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa và xuất khẩu. Tuy nhiên, hoạt động chế biến này tiêu thụ lượng nước lớn và phát sinh nước thải chứa nồng độ chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, dầu mỡ và chất dinh dưỡng cao. Phần lớn các thiết bị sản xuất trong ngành chưa được đầu tư hiện đại hóa đồng bộ, quy trình xử lý môi trường tại nhiều cơ sở còn chưa triệt để, gây nguy cơ quá tải khả năng tự làm sạch của các nguồn tiếp nhận tự nhiên. Nhằm đáp ứng các quy định pháp luật về bảo vệ môi trường và kiểm soát nguồn thải công nghiệp, việc đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải đạt chuẩn trước khi xả ra môi trường là yêu cầu bắt buộc đối với các doanh nghiệp sản xuất. Đề tài đồ án tốt nghiệp "Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty cổ phần lương thực thực phẩm Colusa – Miliket, công suất 600 m3/ngđ" được thực hiện xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể:

  1. Mục tiêu chung: Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty Cổ phần Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket với công suất 600 m³/ngày.đêm, đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (loại B) trước khi xả vào mạng lưới thoát nước chung của khu vực.
  2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
    • Khảo sát hiện trạng sản xuất, công nghệ chế biến và xác định các nguồn phát sinh, lưu lượng và tính chất nước thải tại nhà máy.
    • Tổng quan các cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý cơ học, hóa lý và sinh học ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm; tham khảo mô hình công nghệ tại các nhà máy tương tự.
    • Đề xuất các phương án dây chuyền công nghệ xử lý nước thải, phân tích ưu nhược điểm kỹ thuật và kinh tế để lựa chọn phương án tối ưu.
    • Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý được lựa chọn.
    • Tính toán cao trình thủy lực giữa các công trình đơn vị để đảm bảo chế độ dòng chảy tự chảy.
    • Khai toán kinh phí đầu tư xây dựng, mua sắm máy móc thiết bị và chi phí vận hành xử lý tính trên 1 m³ nước thải.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sản xuất từ các phân xưởng chế biến thực phẩm và nước thải sinh hoạt của cán bộ công nhân viên tại Công ty Cổ phần Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket.
  • Phạm vi không gian: Nhà máy Công ty Cổ phần Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket tại số 1230 đường Kha Vạn Cân, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện trong thời gian từ ngày 28/02/2016 đến ngày 30/04/2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý kỹ thuật môi trường áp dụng cho xử lý nước thải công nghiệp hữu cơ, kết hợp hệ thống văn bản quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Việt Nam:

  • Quy chuẩn kỹ thuật: QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, quy định giới hạn giá trị nồng độ ô nhiễm Cột B khi xả vào hệ thống thoát nước chung đô thị); QCVN 14:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt).
  • Tiêu chuẩn thiết kế: TCXDVN 33:2006 của Bộ Xây dựng về cấp nước - mạng lưới đường ống và công trình; TCVN 4474:1987 về thoát nước bên trong - tiêu chuẩn thiết kế.
  • Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý:
    • Quá trình cơ học: Tách chất thải rắn thô bằng song chắn rác (khe hở thô 60–100 mm, khe hở mịn 10–25 mm, vận tốc qua song 0,6–1,0 m/s); loại bỏ cặn lơ lửng nhỏ bằng lưới lọc tinh (mắt lưới 0,5–1,0 mm); tách chất béo, dầu mỡ có khối lượng riêng nhỏ hơn nước bằng bể tách dầu; điều hòa lưu lượng và nồng độ ô nhiễm; lắng trọng lực cặn không tan qua bể lắng đứng với vận tốc nước dâng 0,5–0,6 m/s.
    • Quá trình hóa học và hóa lý: Quá trình keo tụ và tạo bông nhằm trung hòa điện tích hạt keo và liên kết tạo bông cặn lắng; phương pháp tuyển nổi sục khí áp lực để loại bỏ tạp chất khó lắng và dầu mỡ; trung hòa pH bằng hóa chất kiềm (NaOH); khử trùng nước thải bằng hóa chất oxy hóa khử (dung dịch NaOCl) nhằm tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh.
    • Quá trình sinh học: Ứng dụng quá trình sinh học hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng (Aerotank) để phân hủy hợp chất hữu cơ hòa tan nhờ quần thể vi sinh vật hiếu khí theo phản ứng tổng quát: $\text{Vi sinh vật} + \text{Chất hữu cơ} (\text{C}_x\text{H}_y\text{O}_z\text{N}) + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{NH}_3 + \text{Tế bào mới}$; cùng các lý thuyết phân hủy kỵ khí bốn giai đoạn (thủy phân, acid hóa, acetic hóa, metan hóa) và quá trình thiếu khí chuyển hóa nitơ (nitrat hóa và khử nitrat).

Phương pháp nghiên cứu thực tế được tác giả áp dụng bao gồm:

  • Phương pháp thu thập số liệu: Khảo sát, thu thập tài liệu lưu lượng sản xuất, định mức tiêu hao nguyên nhiên liệu, báo cáo giám sát chất lượng nước thải của công ty và dữ liệu sản xuất sạch hơn của các nhà máy sản xuất mì ăn liền lân cận.
  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tra cứu các tài liệu chuyên ngành về công nghệ xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm, công nghệ bùn hoạt tính và các quy chuẩn môi trường.
  • Phương pháp so sánh, đánh giá: So sánh ưu điểm, nhược điểm kỹ thuật và chi phí vận hành giữa các công nghệ thực tế (ANAES, tuyển nổi, lắng sinh học) để đề xuất và lựa chọn phương án công nghệ tối ưu.
  • Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: Tham vấn ý kiến chuyên môn của các chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ môi trường để định hướng giải pháp kỹ thuật.
  • Phương pháp toán: Ứng dụng các công thức giải tích chuyên ngành tính toán kích thước, thể tích, thông số thủy lực của từng công trình đơn vị và lập dự toán kinh phí đầu tư, vận hành.
  • Phương pháp đồ họa: Sử dụng phần mềm AutoCAD để thể hiện bản vẽ mặt bằng tổng thể, sơ đồ dây chuyền công nghệ và chi tiết cấu tạo kiến trúc các hạng mục công trình.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án:

  • Báo cáo tình hình sản xuất tại Công ty Cổ phần Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket năm 2010.
  • Báo cáo sản xuất sạch hơn tại Công ty Cổ phần Acecook Việt Nam năm 2010.
  • Báo cáo sản xuất sạch hơn tại Công ty GOSACO.
  • Giáo trình và tài liệu tham khảo chuyên ngành: "Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải" của TS. Trịnh Xuân Lai.

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp công nghệ

Căn cứ vào tính chất nguồn nước thải có tỷ lệ $\text{BOD}_5/\text{COD} = 435/830 = 0,52 > 0,5$, hàm lượng $\text{BOD}_5 < 1000\text{ mg/l}$ và nồng độ dầu mỡ vượt chuẩn 3,5 lần, tác giả đề xuất hai phương án dây chuyền công nghệ xử lý với công suất 600 m³/ngày.đêm:

Tiêu chí Phương án 1 (Bể tách dầu mỡ + Bể lắng I + Aerotank) Phương án 2 (Bể điều hòa + Bể tuyển nổi + Aerotank)
Công trình tiền xử lý dầu mỡ Bể tách dầu mỡ trọng lực (hiệu suất tách dầu 70%). Bể tuyển nổi bọt khí áp lực kết hợp tách cặn lơ lửng.
Công trình lắng sơ bộ Bể lắng đứng đợt I tích hợp ngăn đông tụ sinh học. Không sử dụng bể lắng I, tận dụng tuyển nổi loại cặn.
Công trình sinh học Bể Aerotank bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn. Bể Aerotank bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn.
Ưu điểm Chi phí đầu tư thấp, quy trình vận hành đơn giản, tách dầu hiệu quả, ổn định. Tách được lượng lớn dầu mỡ và chất rắn lơ lửng, tải lượng xử lý SS cao.
Nhược điểm Chỉ tách được lớp dầu mỡ nổi, không tách được dầu bám sâu trong cặn lơ lửng. Chi phí đầu tư thiết bị cao, tiêu hao nhiều năng lượng, quy trình vận hành phức tạp.
Đánh giá lựa chọn Được chọn: Phù hợp tính chất cặn SS không quá cao, chi phí tiết kiệm. Không chọn do chi phí đầu tư và vận hành vượt trội so với yêu cầu nguồn thải.

Dây chuyền công nghệ được lựa chọn (Phương án 1) vận hành theo quy trình:

  1. Xử lý cơ học và sơ bộ: Nước thải từ các phân xưởng sản xuất tự chảy qua song chắn rác thô để giữ lại bao bì nilon, rác vụn lớn; sau đó vào hầm tiếp nhận. Máy bơm chìm bơm nước thải qua lưới lọc rác tinh nhằm loại bỏ vụn mì, sợi phở có kích thước nhỏ mà song chắn thô không giữ được.
  2. Tách dầu mỡ và điều hòa: Nước thải đi vào bể tách dầu mỡ trọng lực để thu hồi lớp váng dầu nổi trên mặt nước nhằm tránh gây ức chế vi sinh vật hiếu khí ở các công đoạn sau. Từ bể tách dầu mỡ, nước thải được bơm sang bể điều hòa. Tại đây, hệ thống sục khí nén dưới đáy bể thực hiện xáo trộn liên tục nhằm chống lắng cặn và ngăn ngừa phân hủy yếm khí sinh mùi hôi; đồng thời dung dịch kiềm NaOH được châm bổ sung để nâng và ổn định pH về mức trung tính thích hợp cho vi sinh vật.
  3. Lắng đợt I và xử lý sinh học: Nước thải từ bể điều hòa tự chảy sang bể lắng đứng đợt I qua ống phân phối trung tâm tạo dòng xoáy phân ly cặn. Ngăn đông tụ sinh học được tích hợp ngay trong bể lắng I thông qua việc dẫn dòng bùn hoạt tính tuần hoàn từ bể lắng II về, giúp tăng cường hiệu quả tạo bông và kết tụ cặn hữu cơ tươi. Nước trong tràn qua máng răng cưa dẫn sang bể sinh học hiếu khí Aerotank. Tại Aerotank, hệ thống máy thổi khí kết hợp đĩa phân phối bọt khí mịn cung cấp oxy hòa tan liên tục, vi sinh vật hiếu khí trong bùn hoạt tính oxy hóa chất hữu cơ hòa tan thành sinh khối mới, $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$.
  4. Lắng đợt II và khử trùng: Hỗn hợp nước và bùn sinh học từ Aerotank chuyển sang bể lắng đứng đợt II để phân tách bùn hoạt tính. Một phần bùn lắng ở đáy bể được bơm tuần hoàn về bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ sinh khối và một phần cấp về bể lắng I; lượng bùn dư được chuyển về hệ thống xử lý bùn. Nước trong sau lắng II dẫn sang bể khử trùng, tại đây dung dịch NaOCl được châm với liều lượng tính toán nhằm tiêu diệt vi khuẩn Coliform trước khi xả ra cống thoát nước chung của thành phố.
  5. Xử lý bùn cặn: Bùn tươi từ bể lắng đợt I và bùn dư từ bể lắng đợt II được đưa về bể nén bùn trọng lực, qua bể phân hủy bùn rồi đưa vào máy ép bùn. Bánh bùn khô sau ép được vận chuyển đi chôn lấp hợp vệ sinh theo quy định; nước tách bùn từ bể nén bùn được tuần hoàn về bể điều hòa để xử lý lại.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về nước thải ngành chế biến thực phẩm và Công ty Cổ phần Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket

Chương này trình bày lý luận tổng quan về nguồn gốc, phân loại và tính chất đặc trưng của nước thải chế biến thực phẩm, đồng thời khảo sát chi tiết hiện trạng sản xuất tại Công ty Cổ phần Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket:

  • Đặc tính nước thải ngành thực phẩm: Thành phần chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ ít độc có nguồn gốc động - thực vật, nồng độ $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, chất rắn lơ lửng (SS), dầu mỡ và chất dinh dưỡng nitơ, phốt pho cao. Các hợp chất glucid thực vật dễ bị vi sinh vật phân hủy, trong khi protein và chất béo động vật khó phân hủy hơn và gây mùi hôi thối khi phân hủy kỵ khí. Báo cáo đối chiếu dữ liệu nước thải của hai đơn vị cùng ngành cho thấy: nước thải phân xưởng phở Acecook có $\text{pH} = 5,5$, $\text{SS} = 180\text{ mg/l}$, $\text{BOD}_5 = 475\text{ mg/l}$, $\text{COD} = 900\text{ mg/l}$, $\text{Coliform} = 10^4\text{ MNP/100ml}$; nước thải chế biến mì ăn liền Gosaco có $\text{pH} = 5,88$, $\text{SS} = 202\text{ mg/l}$, $\text{BOD}_5 = 486\text{ mg/l}$, $\text{COD} = 830\text{ mg/l}$, dầu mỡ đạt $218\text{ mg/l}$.
  • Giới thiệu doanh nghiệp nghiên cứu: Công ty Cổ phần Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket (Comifood.C) có trụ sở tại số 1230 Kha Vạn Cân, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh. Tiền thân là Xí nghiệp chế biến mì ăn liền SAFOCO (thành lập năm 1972), qua các thời kỳ đổi tên thành FOOCOSA (1982), Xí nghiệp Colusa (1987), sáp nhập với Miliket (năm 2004) và chính thức chuyển đổi thành công ty cổ phần từ ngày 13/04/2006. Tổng diện tích mặt bằng là 19.897 m² (diện tích nhà xưởng 9.025 m², khu văn phòng 1.000 m²). Hiện nhà máy duy trì 2 dây chuyền sản xuất chính là dây chuyền 4 và dây chuyền 7. Trong giai đoạn 2011–2013, công ty sản xuất 63.192 tấn sản phẩm (bình quân 22.064 tấn/năm), chiếm khoảng 15% thị phần mì ăn liền tại Việt Nam với hơn 60 mặt hàng chế biến (mì gói, miến, bún, phở, cháo ăn liền, nước tương, tương ớt, bột canh).
  • Quy trình công nghệ sản xuất và dòng thải:
    • Chế biến mì: Phối trộn bột -> Cán, cắt sợi -> Hấp (105°C, 120–150 giây) -> Cắt định lượng và tưới nước lèo -> Vô khuôn và chiên (115–165°C trong dầu shortening) -> Làm nguội -> Đóng gói. Dòng thải phát sinh gồm bột rơi vãi, nước thải có mì vụn, dầu chiên rơi vãi và bao bì rác thải.
    • Chế biến phở: Bột gạo xay nhuyễn -> Phối trộn -> Tráng và hấp -> Sấy -> Cắt tấm và cắt sợi -> Bỏ khuôn sấy -> Đóng gói. Phát sinh nước thải chứa tinh bột ($\text{BOD}$, $\text{SS}$).
    • Chế biến nêm, gói dầu và tương ớt: Quy trình sản xuất gói dầu gia nhiệt dầu tinh luyện ở 110–120°C cùng hành tỏi, lọc sơ bộ và lọc trong; sản xuất tương ớt qua các công đoạn rửa nguyên liệu, xay, nấu chín, làm nguội và rót chai, phát sinh nước thải rửa và vệ sinh máy móc.
  • Nhu cầu nguyên nhiên liệu và cân bằng nước:
    • Nhu cầu nguyên liệu chính (tính trên sản lượng 22.064 tấn/năm): Bột mì tiêu thụ 20.828 tấn/năm (định mức 944 kg/tấn); gạo 14.275 tấn/năm (647 kg/tấn); dầu shortening 4.898 tấn/năm (222 kg/tấn); dầu tinh luyện 970 tấn/năm (44 kg/tấn); muối 970 tấn/năm; đường 728 tấn/năm; bột ngọt 308 tấn/năm; hành, tỏi, ớt 551 tấn/năm; cà chua 948 tấn/năm.
    • Nhiên liệu tiêu thụ (tính trên công suất kế hoạch 79.300 tấn/năm): Dầu FO chạy lò hơi 6.178 tấn/năm; dầu DO chạy máy phát 441 tấn/năm; điện năng 748 kW/tấn sản phẩm.
    • Tổng lượng nước cấp bình quân là 176.512 m³/năm (với 330 ngày làm việc/năm), tương ứng khoảng 588 m³/ngày.
    • Nước mưa chảy tràn và nước làm mát giải nhiệt máy móc được đấu nối riêng biệt vào hệ thống thoát nước mưa nội bộ của khu vực, không dẫn vào trạm xử lý.
    • Nước thải sinh hoạt: Tính toán cho 100 công nhân viên theo TCXDVN 33:2006 và TCVN 4474:1987 (vệ sinh 2,5 m³/ngày; tắm rửa 4,5 m³/ngày; nhà ăn tập thể 2,5 m³/ngày). Tổng lượng nước cấp sinh hoạt là 9,5 m³/ngày; lượng nước thải bằng 90% nước cấp, tương đương 8,6 m³/ngày (chọn $Q_{\text{sh}} = 9\text{ m}^3\text{/ngày}$, lưu lượng giờ trung bình $Q^{\text{h}}{\text{tb}} = 0,375\text{ m}^3\text{/h}$, lưu lượng giờ lớn nhất $Q^{\text{h}}{\text{max}} = 1,125\text{ m}^3\text{/h}$ với hệ số không điều hòa $K_{\text{h}} = 3$). Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý: $\text{BOD}_5 = 379\text{ mg/l}$; $\text{COD} = 716\text{ mg/l}$; $\text{SS} = 353\text{ mg/l}$; dầu mỡ $70\text{ mg/l}$; tổng Nitơ $42\text{ mg/l}$.

Chương 2. Một số công nghệ phổ biến xử lý nước thải chế biến thực phẩm

Chương 2 khảo sát, phân tích quy trình công nghệ xử lý nước thải tại hai cơ sở sản xuất thực phẩm ăn liền thực tế nhằm rút ra bài học kinh nghiệm thiết kế:

  • Công nghệ xử lý nước thải phân xưởng phở Công ty Acecook Việt Nam (công suất 700 m³/ngày.đêm):
    • Sơ đồ dây chuyền: Nước thải từ các mương tự chảy qua máy lọc rác thô tự động FBS (khe hở > 2 mm) -> Trạm bơm chìm -> Lưới lọc rác tinh (< 2 mm) -> Bể cân bằng (thổi khí xáo trộn) -> Bể keo tụ ($\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$) và bể tạo bông (chất trợ keo A-Polymer) -> Bể trung hòa (châm dung dịch NaOH đưa pH về 7,0–7,5) -> Bể lắng sơ bộ có hệ thống gạt bùn -> Bể xử lý sinh học ANAES 3 ngăn (A-B-C, mỗi ngăn lắp đặt 225 đĩa phân phối khí, vận hành luân phiên sục khí và lắng) -> Kênh xả đạt QCVN 40:2011/BTNMT (loại A). Bùn lắng sơ bộ và bùn hoạt tính dư được đưa qua bể nén bùn và máy ép bùn băng tải BPF (dùng C-Polymer).
    • Nhận xét đánh giá: Bể ANAES có ưu điểm hiệu quả khử SS cao, không cần công trình lắng II riêng biệt và không cần bơm tuần hoàn bùn, giúp tiết kiệm diện tích. Tuy nhiên, việc thực hiện quá trình trung hòa pH ngay sau keo tụ và trước lắng sơ bộ có nguy cơ làm vỡ các bông cặn keo tụ, giảm hiệu suất lắng; đồng thời hệ thống thiếu bể tách dầu mỡ sơ bộ trước khi vào xử lý sinh học khiến dầu mỡ bám dính vào bùn sinh học.
  • Công nghệ xử lý nước thải Nhà máy chế biến mì ăn liền Gosaco (công suất 1.000 m³/ngày.đêm):
    • Sơ đồ dây chuyền: Nước thải qua Song chắn rác thô -> Bể tách dầu thô -> Hầm tiếp nhận -> Lưới lọc rác tinh -> Bể điều hòa (sục khí nén và châm dung dịch NaOH 10%) -> Bể tuyển nổi bọt khí áp lực -> Bể Aerotank bùn hoạt tính hiếu khí -> Bể lắng II (tuần hoàn bùn về Aerotank) -> Bể lọc tiếp xúc -> Thải ra nguồn tiếp nhận. Bùn từ tuyển nổi và bùn dư lắng II được thu gom về bể nén bùn và ép bằng máy ép bùn cơ học.
    • Nhận xét đánh giá: Dây chuyền có ưu điểm bố trí lưới lọc rác tinh loại bỏ triệt để vụn mì, vụn hành; có bể tách dầu thô và bể tuyển nổi giải quyết tốt hàm lượng dầu mỡ cao đặc thù của mì chiên; sau lắng II có bể lọc tiếp xúc nâng cao độ trong của nước đầu ra. Tuy nhiên, bể tuyển nổi có chi phí đầu tư thiết bị và điện năng vận hành rất cao, việc vận hành đòi hỏi kỹ thuật phức tạp.
  • Kết luận rút ra cho công trình nghiên cứu: Đối với Công ty Colusa – Miliket, việc xử lý tách dầu mỡ và lọc rác mịn (sợi mì, bún) là công đoạn bắt buộc. Tuy nhiên, việc áp dụng bể tách dầu mỡ trọng lực kết hợp lắng đứng đông tụ sinh học sẽ hợp lý hơn bể tuyển nổi về mặt tối ưu hóa chi phí đầu tư và quản lý vận hành.

Chương 3. Đề xuất công nghệ xử lý nước thải Công ty Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket

Chương này tập trung tính toán công nghệ và thiết kế kỹ thuật cho trạm xử lý:

  • Đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải Colusa – Miliket: So sánh số liệu phân tích chất lượng nước thải của công ty với ngưỡng giới hạn quy định tại QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B):
STT Thông số ô nhiễm Đơn vị Giá trị thực tế của công ty Giới hạn QCVN 40:2011/BTNMT (Loại B) Mức độ vượt chuẩn
1 Độ màu Pt/Co 63 150 Đạt quy chuẩn
2 pH - 5,29 5,5 – 9 Dưới ngưỡng (mang tính acid)
3 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 495 – 498 100 Vượt ~5,0 lần
4 $\text{BOD}_5$ (20°C) mg/l 435 – 436 50 Vượt ~8,7 lần
5 $\text{COD}$ mg/l 830 – 832 150 Vượt ~5,5 lần
6 Dầu mỡ khoáng/thực vật mg/l 31 – 32 10 Vượt ~3,2 lần
7 Tổng Ni-tơ mg/l 51,5 – 52,0 40 Vượt ~1,3 lần
8 Tổng Phốt-pho mg/l 7,4 6 Vượt ~1,2 lần
9 Coliform MPN/100ml 7.420 5.000 Vượt ~1,5 lần

Tác giả tính toán hiệu suất xử lý $\text{BOD}5$ cần thiết của hệ thống: $$H = \frac{\text{BOD}{5\text{ vào}} - \text{BOD}{5\text{ ra}}}{\text{BOD}{5\text{ vào}}} \times 100% = \frac{435 - 50}{435} \times 100% = 88,5% \approx 89%$$ Với tỷ lệ $\text{BOD}_5/\text{COD} = 0,52$ và $\text{BOD}_5 < 1000\text{ mg/l}$, công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank đáp ứng hoàn toàn điều kiện kỹ thuật xử lý.

  • Tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong Phương án 1:
    • Song chắn rác thô và Hầm tiếp nhận: Song chắn rác bố trí ở miệng thu gom nhằm giữ lại rác có kích thước lớn. Hầm tiếp nhận có nhiệm vụ thu gom nước thải từ các phân xưởng, thể tích tính toán dựa trên lưu lượng giờ lớn nhất.
    • Lưới lọc rác tinh: Đặt sau hầm tiếp nhận, kích thước mắt lưới nhỏ nhằm tách triệt để các vụn phở, vụn mì trước khi vào bể lắng.
    • Bể tách dầu mỡ: Thiết kế dạng bể ngăn trọng lực, vận tốc dòng chảy chậm để dầu mỡ nhẹ hơn nổi lên bề mặt, hiệu suất tách dầu mỡ đạt 70%, đưa hàm lượng dầu từ 32 mg/l xuống dưới 10 mg/l.
    • Bể điều hòa: Tính toán thể tích bể để lưu trữ và điều hòa lưu lượng, nồng độ dao động giữa các ca làm việc; lắp đặt dàn ống phân phối khí nén dưới đáy bể và hệ thống châm hóa chất dung dịch NaOH để trung hòa độ acid (pH từ 5,29 lên khoảng 7,0).
    • Bể lắng đợt I (bể lắng đứng): Thiết kế ống trung tâm có miệng loe hướng dòng xoáy phân ly cặn; kết hợp ngăn đông tụ sinh học bằng cách tiếp nhận bùn hoạt tính hồi lưu từ bể lắng II để hấp phụ chất hữu cơ không tan.
    • Bể sinh học hiếu khí Aerotank: Tính toán kích thước bể dựa trên tải lượng chất hữu cơ, thời gian lưu nước, nồng độ bùn hoạt tính và hệ số chuyển hóa sinh khối ($a, b$ ở nhiệt độ $\ge 20^\circ\text{C}$). Tính toán công suất hòa tan oxy của hệ thống máy thổi khí và đĩa phân phối bọt khí mịn để cung cấp đủ oxy cho quá trình dị hóa và đồng hóa chất hữu cơ.
    • Bể lắng đứng đợt II: Thiết kế lắng phân tách hỗn hợp bùn hoạt tính sau Aerotank. Bùn lắng ở đáy bể một phần được tuần hoàn về Aerotank và bể lắng I, phần bùn dư xả sang bể xử lý bùn.
    • Bể khử trùng: Thiết kế bể tiếp xúc có vách ngăn zíc zắc đảm bảo thời gian tiếp xúc của nước thải với dung dịch khử trùng NaOCl để tiêu diệt khuẩn Coliform xuống dưới mức 5.000 MPN/100ml.
    • Công trình xử lý bùn: Tính toán bể nén bùn trọng lực để giảm độ ẩm của bùn trước khi qua bể phân hủy bùn và đưa vào máy ép bùn cơ học.
  • Tính toán cao trình thủy lực: Tính toán tổn thất áp lực qua từng công trình, xác định cao trình mực nước và cao trình đáy/thành bể lần lượt cho: bể khử trùng, bể lắng đứng II, bể Aerotank, bể lắng đứng I, bể điều hòa, bể tách dầu mỡ, hầm tiếp nhận và bể nén bùn nhằm đảm bảo nước tự chảy trong suốt quá trình xử lý mà không cần dùng nhiều trạm bơm trung chuyển.
  • Khai toán kinh phí:
    • Chi phí đầu tư xây dựng các hạng mục công trình bằng bê tông cốt thép.
    • Chi phí mua sắm và lắp đặt máy móc thiết bị (máy bơm chìm, máy thổi khí, đĩa phân phối khí, máy ép bùn, máy gạt bùn, song chắn, van khóa).
    • Chi phí vận hành thường niên: Tiền điện năng tiêu thụ, chi phí mua hóa chất (NaOH, NaOCl), chi phí nhân công vận hành và chi phí bảo trì bảo dưỡng thiết bị định kỳ.
    • Tính toán đơn giá chi phí xử lý trên 1 m³ nước thải.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán của đồ án:

  • Xác lập đầy đủ các thông số thiết kế kỹ thuật cho trạm xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm công suất 600 m³/ngày.đêm cho Công ty Cổ phần Lương thực Thực phẩm Colusa – Miliket.
  • Giải quyết bài toán ô nhiễm nguồn nước với hiệu suất xử lý cao: Giảm nồng độ $\text{BOD}_5$ từ $435\text{ mg/l}$ xuống $\le 50\text{ mg/l}$ (hiệu suất 89%), hạ $\text{COD}$ từ $830\text{ mg/l}$ xuống $\le 150\text{ mg/l}$, giảm $\text{SS}$ từ $495\text{ mg/l}$ xuống $\le 100\text{ mg/l}$, tách dầu mỡ từ $32\text{ mg/l}$ xuống $< 10\text{ mg/l}$, và khử trùng Coliform từ $7.420\text{ MPN/100ml}$ xuống $< 5.000\text{ MPN/100ml}$, đảm bảo nước thải đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT (loại B).

Đóng góp về mặt kỹ thuật và giải pháp công nghệ:

  • Đề xuất dây chuyền công nghệ phù hợp với điều kiện mặt bằng và đặc thù nước thải chế biến lương thực thực phẩm có hàm lượng tinh bột và dầu mỡ cao.